LVS负载均衡群集 --NAT模式实战部署

目录

1、群集的含义

2、群集的作用

2.1、问题

2.2、解决方法

3、群集的分类

3.1、根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

3.2、负载均衡群集（Load Balance Cluster）

3.3、高可用群集（High Availability Cluster）

3.4、高性能运算集群（High Performance Computer Cluster）

4、负载均衡的结构

4.1、负载均衡群集工作模式分析

         5、LVS的负载调度算法

6、NFS共享存储服务

7、使用ipvsadm工具

8、NAT模式 LVS负载均衡群集部署

 8.1、部署共享存储

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8.2、配置节点服务器

8.3、配置负载调度器

9、测试

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1、群集的含义

Cluster，集群、群集
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名与IP地址），相当于一台大型计算机。

2、群集的作用

2.1、问题

互联网应用中，随着站点对硬性性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求

2.2、解决方法

使用价格昂贵的小型机、大型机。

使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。

通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。

这就是企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）。

应用场景出现高并发的解决方案：

添加配置：加CPU、内存、贷宽、SSD向上扩展 只能解决一时问题，不能解决持久的
添加服务器：可添加多台服务器 4台服务器 使用多台服务器同时为用户提供服务，而这一种解决方法则称为横向扩展或向外扩展 向外扩展：就是集群

3、群集的分类

3.1、根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

负载均衡群集

高可用群集

高性能运算群集

3.2、负载均衡群集（Load Balance Cluster）

提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能
LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。列如，“DNS轮询” “反向代理”等。

3.3、高可用群集（High Availability Cluster）

提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果
HA的工作方式包括双工和主从两种模式

3.4、高性能运算集群（High Performance Computer Cluster）

以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算(HPC)能力。

高性能依赖于"分布式运算”、“并行计算” ，
通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力。

4、负载均衡的结构

 

第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）：

访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有VIP地址，也称为群集IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效之后能够平滑替换至备用服务器，确保高可用性。

第二层，服务器池(Server Pool)：

群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。

第三层，共享存储(Share Storage)：

为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务， 确保整个群集的统一性共享存储可以使用NAS设备,或者提供NFS共享服务的专用服务器。
负载调度器：nginx代理
服务器池：后端真实的服务器
upstream tomcat_server{ip:port} + location进行 匹配时跳转到upstream地址池中也是服务器池所映射的后端节点tomcat
 

4.1、负载均衡群集工作模式分析

NAT模式------地址转换

Network Address Translation，简称NAT模式
类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口
服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络，安全性要优于其他两种方式

TUN模式------IP隧道

IP Tunnel,简称TUN模式
采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器
服务器节点分散在互联网中的不同位置,具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

DR模式------直接路由

Direct Routing，简称DR模式
采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络
负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道
 

5、LVS的负载调度算法

​LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。

LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块,必要时能够自动调用。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息。

加载ip_va模块
modprobe ip_vs
确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs

轮询(Round Robin)：

将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器) ,均等地对待每一台服务器 ，而不管服务器实际的连接数和系统负载

加权轮询 (Weighted Round Robin)：

根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多，保证性能强的服务器承担更多的访问流量

最少连接 (Least Connections )：

根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点

加权最少连接(Weighted L east Connections )：

在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重，性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

6、NFS共享存储服务

Network File System，网络文件系统

依赖RPC（远端过程调用）

需安装nfs-utils、rpcbind软件包

系统服务：nfs、rpcbind

共享配置文件：/etc/exports

7、使用ipvsadm工具

-A     添加虚拟服务器
-D     删除整个虚拟服务器
-s     指定负载调度算法（轮询:rr、加权轮询: wrr、最少连接:lc、加权最少连接: wlc)
-a     表示添加真实服务器(节点服务器)
-d     删除某一个节点
-t      指定VIP地址及TCP端口
-r      指定RIP地址及TCP端口
-m    表示使用NAT群集模式
-g     表示使用DR模式
-i      表示使用TUN模式
-w    设置权重(权重为0时表示暂停节点)
-p     60：表示保持长连接60秒
-l      列表查看LVS虚拟服务器（默认为查看所有)
-n     以数字形式显示地址、端口等信息，常与"-l"选项组合使用。ipvsadm -ln
 

8、NAT模式 LVS负载均衡群集部署

负载调度器:内网关ens33: 192.168.190.5， 外网关ens37: 12.0.0.1
Web节点服务器1: 192. 168.190.3
Web节点服务器2: 192.168.190.25
NFS服务器: 192.168.190.2
客户端: 12.0.0.12

 8.1、部署共享存储

NFS服务器：192.168.190.2

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/qqq
mkdir /opt/www

chmod 777 /opt/qqq
chmod 777 /opt/www

vim /etc/exports
/opt/qqq 192.168.190.0/24(rw,sync)
/opt/www 192.168.190.0/24(rw,sync)

echo "this is gc web" > /opt/qqq/index.html
echo "this is xee web" > /opt/www/index.html

exportfs -rv
 

 

 

 

 

8.2、配置节点服务器

web节点服务器1：192.168.190.3
web节点服务器2：192.168.190.25

 

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

showmount -e 192.168.190.2
 

web1和web2同样的步骤

 

 

 web1：192.168.190.3

 

 web2：192.168.190.25

 

8.3、配置负载调度器

负载调度器：内网关 ens33：192.168.190.5，外网关 ens37：12.0.0.1

配置SNAT转发规则

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

#打开路由转发功能
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
sysctl -p

#安装ipvsadm
yum install -y ipvsadm*
 
 
#添加一块网卡，我这里是ens37，配置网卡，重启网络
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens37
vim ifcfg-ens37
去掉网关、UUID、修改IP
vim ifcfg-ens33
去掉网关
systemctl restart network
 
#防火墙做策略
#查看策略
iptables -nL -t nat
#清空策略
iptables -F
#添加策略
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.190.0/24 -o ens37 -j SNAT --to 12.0.0.1
#查看策略
iptables -nL -t nat

 

 

 vim ifcfg -ens37

vim ifcfg -ens33 

 

 

安装ipvsadm，配置负载分配策略

modprobe ip_vs          #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs       #查看 ip_vs版本信息
yum -y install ipvsadm

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service

ipvsadm -C          #清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.190.3:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.190.25:80 -m
ipvsadm           #启用策略

ipvsadm -ln         #查看节点状态，Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm           #保存策略
 

 

 

 

9、测试